一般的BGA返修及焊接工艺

2020-03-21 09:15:57 网站负责人 45

一般的BGA返修及焊接工艺

BGA的全称是Ball Grid Array球栅阵列结构的PCB),它是集成电路采用有机载板的一种封装法。它具有:封装面积减少功能加大,引脚数目增多PCB板溶焊时能自我居中,易上锡可靠性高电性能好,整体成本低等特点。有BGAPCB板一般小孔较多,大多数客户BGA下过孔设计为成品孔直径8~12milBGA处表面贴到孔的距离以规格为31.5mil为例,一般不小于10.5milBGA下过孔需塞孔,BGA焊盘不允许上油墨,BGA焊盘上不钻孔。 图片关键词图片关键词多数半导体器件的耐热温度为240℃~300,对于BGA返修系统来说,加热温度和均匀性的控制显得非常重要。BGA芯片焊接工艺步骤如下:

 

1、PCB电路板、BGA预热:

图片关键词电路板、芯片预热的主要目的是将潮气去除以免PCB起泡和芯片爆,如果电路板和BGA内的潮气很小如芯片刚拆封),这一步可以免除

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2、拆除BGA:

图片关键词拆除的BGA如果不打算重新使用,而且PCB可承受高温,拆除BGA可采用较高的温度(较短的加热周期),主板上BGA取下来后,至少要等一分钟才能么BGA返修台上拿下来,不然PCB板会变形。

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3、  清洁焊盘:

图片关键词图片关键词清洁焊盘主要是将拆除BGA芯片后留在PCB表面的焊锡膏清理掉,必须使用符合要求的清洗剂为了保证BGA焊料可靠性,一般不能使用焊盘上的残留焊膏必须将旧的焊膏清除掉,除非BGA上重新形成BGA焊料球。由于BGA体积小,特别是CSP(或μBGA体积更小,清洁焊盘比较困难,所以在返修CSP时,如果CSP的周围空间很小,就需使用免清洗助焊剂,为保让返修的BGA的焊接可靠性,PCB上的BGA焊接位置必须尽可能的平

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4、 涂焊膏、助焊剂:

这准备好的PCB板上涂上助焊膏,这个工序要特别注意,涂均匀。

PCB上涂焊膏对于BGA的返修结果有重要影响。通过选取用与BGA相符的模板,可很方便地将焊膏涂在电路板上。对于CSP,有3种焊膏可以先选:助焊膏,免清焊膏和水溶性焊膏。使用助焊膏,回流时间可略长些,使用免清洗焊膏,回流温度应选的低些。

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  1. 贴装:贴装的主要目的是使BGA上的每个焊料与PCB上的焊盘对准。必须使用专门的设备来对中。                                

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  2. 图片关键词热风回流焊:热风回流焊是整个返修工艺的关键。

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    A、 BGA返修回流焊的曲线应当与BGA的原始焊接曲线接近,热风回流焊曲线分成六个区间:预热区、保温、升温、焊接1、焊接2和冷却区,六个区间的温度、时间参数可以分别设定,通过计算机连接,可以将这些程序存储和随时调用。

    图片关键词 

    B、在回流焊接过程中要正确选择各区的加热温度和时间,同时应注意升温的速度。一般,在100℃以前,最大的升温速度不超过10℃/s,100℃以后最大温速度不超过5℃/s,在冷却区,最大的冷却速度不超过6℃/s,因为过高的升温速度和降温速度都可能损坏PCB和BGA,这种损坏有时是肉眼不能观察到的。不同的BGA,不同的焊膏,应选择不同的加热温度和时间。如CBGA BGA的同流温度应高于PBGA的回流温度,90pb/10Sn,应该63 Sn/37 pb焊膏选用更高的回流温度。对免洗焊膏,其活性低于非免洗焊膏,因此,焊接温图片关键词度不宜过高,焊接时间不宜过图片关键词长,以防止焊料颗粒的氧化。

     

    C、热风回流焊中,PCB板的底部必须能够加热。这种加热的目的有二个:避免由于PCB板的单面受热而产生翘曲和变形;使焊膏熔化的时间缩短。对于尺寸板的BGA返修,这种底部加热尤其重要。BGA返修设备的底部加热方式有两种,一种是热风加热,一种是红外加热。热风加热的优点是加热均匀,一般返修工艺建议采用这种加热。红外加热的缺点是PCB受热不均匀。

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    D、要选择好的热风回流吸嘴。热风回流喷嘴属于非接触式加热,加热时依靠高温空气对流使BGA上的各焊点的焊料同时熔化。保证在整个回流过程中有稳定的温度环境,同时可保护相邻件不被对流热空气回热损坏。

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    焊接完毕!整套工序完成!

     

     

     

                                 整理:达泰丰覃洪文  13715211798

     

    工艺简介

    普通返修

      普通SMD返修系统的原理:采用红外加温或热风流加温系统使均匀的温度聚集到表面组装器件SMD)的引脚焊盘上,使焊点融化或使焊膏回流,以完成拆卸和焊接功能。

      不同返修系统的相异之处主要在于加热源不同,或热气流方式不同,有的喷嘴使热风在SMD的上方。从保护器件的角度考虑,应选择到达PCB板温度均匀的多温区加热系统较好,为防止PCB翘曲还要选择具有对PCB进行预热功能的返修系统。

    BGA返修

      使用DT-F800进行BGA的返修步骤:图片关键词

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      1、操作前的常识

      多数半导体器件的耐热温度为240℃~300℃,对于BGA返修系统来说,加热温度和均匀性的控制显得非常重要

        2、PCB电路板、BGA预热:

    PCB电路板、芯片预热的主要目的是将潮气去除以免引起PCB起泡和芯片爆损坏,如果电路板和BGA内的潮气很小(如芯片刚拆封),这一步可以免除。

    3、拆除BGA:图片关键词

     拆除BGA的工具最好的还是使用BGA返修系统,当然也可以根据自己的需要选择专用设备进行拆除;拆除的BGA如果不打算重新使用,而且PCB可承受高温,拆除BGA可采用较高的温度(较短的加热周期),主板上BGA取下来后,至少要等一分钟才能从BGA返修台上拿下来,不然PCB板会变形。BGA如果需要重新植球使用,务必采用BGA芯片的回流曲线程序进行加热处理进行拆除

     4、清洁焊盘:

    图片关键词

    清洁焊盘主要是将拆除BGA芯片后留在PCB表面的焊锡膏清理掉,必须使用符合要求的清洗剂。为了保证BGA焊料可靠性,一般不能使用焊盘上的残留焊膏,必须将旧的焊膏清除掉,除非BGA上重新形成BGA焊料球。由于BGA体积小,特别是CSP(或μBGA体积更小,清洁焊盘比较困难,所以在返修CSP时,如果CSP的周围空间很小,就需使用免清洗助焊剂,为保让返修的BGA的焊接可靠性,PCB上的BGA焊接位置必须尽可能的平。

    把用烙铁将PCB焊盘残留的焊锡清理干净、平整,可采用拆焊编织带和扁铲形烙铁头进行清理,操作时注意不要损坏焊盘和阻焊膜。


     

      用专用清洗剂将助焊剂残留物清洗干净。

      5:印刷焊膏,涂焊膏、助焊剂

      因为表面组装板上已经装有其他元器件,因此必须采用BGA专用小模板模板厚度与开口尺寸要根据球径和球距确定,印刷完毕后必须检查印刷质量,如不合格,必须将PCB清洗干净并凉干后重新印刷。对于球距为0.4mm以下的CSP,可以不印焊膏,因此不需要加工返修用的模板,直接在PCB的焊盘上涂刷膏状助焊剂。需要拆元件PCB放到焊炉里,按下再流焊键,等机器按设定的程式走完,在温度最高时按下进出键,用真空吸笔取下要拆下的元件,PCB板冷却即可。

       一般情况下,焊膏的作用主要是使BGA的锡球跟PCB板的触点良好的连接,因为我们做的是BGA返修处理,PCB板已经在我们除锡的工艺上进行了一次处理,印刷焊膏这一步骤就可以减掉,而直接使用BGA焊接专用的助焊膏解决:

    涂焊膏、助焊剂图片关键词在准备好的PCB板上涂上助焊膏,这个工序要特别注意,涂均匀。

    PCB上涂焊膏对于BGA的返修结果有重要影响。通过选取用与BGA相符的模板,可很方便地将焊膏涂在电路板上。对于CSP,有3种焊膏可以先选:助焊膏,免清焊膏和水溶性焊膏。使用助焊膏,回流时间可略长些,使用免清洗焊膏,回流温度应选的低些。

     

         6:贴装BGA图片关键词

      拆下的BGA器件一般情况可以重复使用,但必须进行植球处理后才能使用。贴装BGA器件的步骤如下:

      A:将印好焊膏的表面组装板放在工作台上

        B: 贴装的主要目的是使BGA上的每个焊料与PCB上的焊盘对准。必须使用专门的设备来对中。图片关键词  

      C:选择适当的吸嘴,打开真空泵。将BGA器件吸起来,图片关键词BGA器件底部与PCB焊盘完全重合后将吸嘴向下移动,把BGA器件贴装到PCB上,然后关闭真空泵。

      8:再流焊接

      A: 设置焊接温度可根据器件的尺寸,PCB的厚度等具体情况设置,BGA返修回流焊的曲线应当与BGA的原始焊接曲线接近,热风回流焊曲线分成六个区间:预热区、保温、升温、焊接1、焊接2和冷却区,六个区间的温度、时间参数可以分别设定,通过计算机连接,可以将这些程序存储和随时调用。

    图片关键词

       B: 在回流焊接过程中要正确选择各区的加热温度和时间,同时应注意升温的速度。一般,在100℃以前,最大的升温速度不超过10℃/s,100℃以后最大温速度不超过5℃/s,在冷却区,最大的冷却速度不超过6℃/s,因为过高的升温速度和降温速度都可能损坏PCB和BGA,这种损坏有时是肉眼不能观察到的。不同的BGA,不同的焊膏,应选择不同的加热温度和时间。如CBGA BGA的同流温度应高于PBGA的回流温度,90pb/10Sn,应该63 Sn/37 pb焊膏选用更高的回流温度。对免洗焊膏,其活性低于非免洗焊膏,因此,焊接温度不宜过高,焊接时间不宜过长,以防止焊料颗粒的氧化。 图片关键词


       C、热风回流焊中,PCB板的底部必须能够加热。这种加热的目的有二个:避免由于PCB板的单面受热而产生翘曲和变形;使焊膏熔化的时间缩短。对于尺寸板的BGA返修,这种底部加热尤其重要。BGA返修设备的底部加热方式有两种,一种是热风加热,一种是红外加热。热风加热的优点是加热均匀,一般返修工艺建议采用这种加热。红外加热的缺点是PCB受热不均匀。图片关键词

       D、要选择好的热风回流吸嘴。热风回流喷嘴属于非接触式加热,加热时依靠高温空气对流使BGA上的各焊点的焊料同时熔化。保证在整个回流过程中有稳定的温度环境,同时可保护相邻件不被对流热空气回热损坏。

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      9:检验

      BGA的焊接质量检验需要X光或超声波检查设备,在没有检查设备的的情况下,可通过功能测试判断焊接质量,也可凭经验进行检查。图片关键词

      把焊好的BGA的表面组装板举起来,对光平视BGA四周,观察是否透光、BGA四周与PCB之间的距离是否一致、观察焊膏是否完全融化、焊球的形状是否端正、焊球塌陷程度等。

      如果不透光,说明有桥接或焊球之间有焊料球;

      如果焊球形状不端正,有歪扭现象,说明温度不够,焊接不充分,焊料再流动时没有充分的发挥自定位效应的作用;

      焊球塌陷程度:塌陷程度与焊接温度、焊膏量、焊盘大小有关。在焊盘设计合理的情况下,再流焊后BGA底部与PCB之间距离比焊前塌陷1/5-1/3属于正常。如果焊球塌陷太大,说明温度过高,容易发生桥接

      如果BGA四周与PCB之间的距离是不一致说明四周温度不均匀。

    植球工艺

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      1:去处BGA底部焊盘上的残留焊锡并清洗

      用烙铁将PCB焊盘残留的焊锡清理干净、平整,可采用拆焊编织带和扁铲形烙铁头进行清理,操作时注意不要损坏焊盘和阻焊膜。

      用专用清洗剂将助焊剂残留物清洗干净。

      2:在BGA底部焊盘上印刷助焊剂图片关键词  一般情况采用高沾度的助焊剂,起到粘接和助焊作用,应保证印刷后助焊剂图形清晰、不漫流。有时也可以采用焊膏代替,采用焊膏时焊膏的金属组分应与焊球的金属组分相匹配。

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      印刷时采用BGA专用小模板模板厚度与开口尺寸要根据球径和球距确定,印刷完毕必须检查印刷质量,如不合格,必须清洗后重新印刷。

      3:选择焊球

      选择焊球时要考虑焊球的材料和球径的尺寸。目前PBGA焊球的焊膏材料一般都是63Sn/37Pb,与目前再流焊使用的材料是一致的,因此必须选择与BGA器件焊球材料一致的焊球。

      焊球尺寸的选择也很重要,如果使用高粘度助焊剂,应选择与BGA器件焊球相同直径的焊球;如果使用焊膏,应选择比BGA器件焊球直径小一些的焊球。

      4:植球

      A) 采用植球器法

      如果有植球器,选择一块与BGA焊盘匹配的模板,模板的开 图片关键词

      口尺寸应比焊球直径大0.05--0.1mm,将焊球均匀地撒在模板上,摇晃植球器,把多馀的焊球从模板上滚到植球器的焊球收集槽中,使模板表面恰好每个漏孔中保留一个焊球。

      把植球器放置在工作台上,把印好助焊剂或焊膏BGA器件吸在吸嘴上,按照贴装BGA的方法进行对准,将吸嘴向下移动,把BGA器件贴装到植球器模板表面的焊球上,然后将BGA器件吸起来,借助助焊剂或焊膏的黏性将焊球粘在BGA器件相应的焊盘上。用镊子夹住BGA器件的外边框,关闭真空泵,将BGA器件的焊球面向上放置在工作台上,检查有无缺少焊球的地方,若有,用镊子补齐。

      B) 采用模板

      把印好助焊剂或焊膏的BGA器件放置在工作台上,助焊剂或焊膏面向上。准备一块BGA焊盘匹配的模板,模板的开口尺寸应比焊球直径大0.05~0.1㎜,把模板四周用垫块架高,放置在印好助焊剂或焊膏的BGA器件上方,使模板与BGA之间的距离等于或略小于焊球的直径,在显微镜下对准。将焊球均匀的撒在模板上,把多馀的焊球用镊子拨(取)下来,使模板表面恰好每个漏孔中保留一个焊球。移开模板,检查并补齐。

      C)手工贴装

      把印好助焊剂或焊膏的BGA器件放置在工作台上,助焊剂或焊膏面向上。如同贴片一样用镊子或吸笔将焊球逐个放好。

      D) 刷适量焊膏

      加工模板时,将模板厚度加厚,并略放大模板的开口尺寸,将焊膏直接印刷在BGA的焊盘上。由于表面张力的作用,再流焊后形成焊料球。

      5:再流焊接

      进行再流焊处理,焊球就固定在BGA器件上了。

      6:焊接后

      完成植球工艺后,应将BGA器件清洗干净,并尽快进行贴装和焊接,以防焊球氧化和器件受潮。

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